不同植被措施下坡耕地產(chǎn)沙規(guī)律研究

吳 迪

(昌圖縣水利水電工程移民局，遼寧 鐵嶺 112500)

水土資源是人類賴以生存的根本，也是經(jīng)濟(jì)發(fā)展及社會(huì)進(jìn)步的主要基礎(chǔ)。做好水土保持工作對(duì)保證社會(huì)穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)發(fā)展及環(huán)境保護(hù)具有重要意義。而基于目前我國(guó)實(shí)際情況分析，人類的不合理活動(dòng)及地理環(huán)境等多種因素共同作用，導(dǎo)致水土流失嚴(yán)重，而生態(tài)脆弱性是主要因素，對(duì)生態(tài)及經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)了嚴(yán)重影響。對(duì)于此，研究坡耕地水土流失相關(guān)因素進(jìn)行分析有助于我國(guó)水土流失的治理具有普遍意義。筆者與沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院合作對(duì)不同植物措施下坡耕地產(chǎn)沙規(guī)律進(jìn)行了研究。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)在沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院綜合試驗(yàn)基地的水土保持室外徑流小區(qū)進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)位于遼寧省沈陽(yáng)市東陵區(qū)(東經(jīng)123°27′，北緯41°44′)，海拔44.7m，屬于溫帶半濕潤(rùn)大陸性氣候，全年平均氣溫8.8℃，年平均降水量780mm。土壤類型為棕壤土，原土采集后去除石塊、落葉等雜質(zhì)，過(guò)5mm的篩子。采用分層填土并用腳踩實(shí)，土壤嚴(yán)格容重控制在12kN/cm3。將布設(shè)好的試驗(yàn)小區(qū)靜置一段時(shí)間，使土層結(jié)合緊密以接近原土體狀態(tài)。

1.2 試驗(yàn)方法

室外徑流小區(qū)水平投影長(zhǎng)8m，寬1m，共有8個(gè)小區(qū)，編號(hào)依次為1～8，其中四周邊埂采用磚砌，并用水泥砂漿抹面，徑流小區(qū)底端設(shè)置簸箕型集水槽，并用接樣桶采集坡面徑流。徑流小區(qū)坡面坡度采用10°和15°兩種，在沖刷試驗(yàn)開(kāi)始前，對(duì)土壤進(jìn)行翻耕處理，形成橫壟，以模擬坡耕地翻耕后的狀況。自制一個(gè)放水沖刷裝置包括水箱、穩(wěn)流槽、急流槽等，確保出水流量的穩(wěn)定均勻。另外在放水口處安裝水表，準(zhǔn)確調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)流量。徑流沖刷前，計(jì)算各坡含水率，使用大噴壺用不同水量將小區(qū)表層土壤(≤20cm)潤(rùn)濕至飽和，以消除各坡之間前期含水量的差異，最后靜置12h。小區(qū)布置完畢之后，并盡量避免人為擾動(dòng)。

本實(shí)驗(yàn)分為兩部分進(jìn)行，即布設(shè)植被之前與布設(shè)植被(大豆、花生、地瓜)之后。前部分在已布設(shè)條件下，分別用3、6、9、12L/min流量沖刷4個(gè)10°坡和4個(gè)15°坡的坡面，待坡面徑流產(chǎn)生時(shí)，每隔1min接一次樣，一次試驗(yàn)時(shí)間為30min。后部分實(shí)驗(yàn)在布設(shè)植被之后，1～4號(hào)為10°坡，分別設(shè)置為地瓜、花生、大豆、裸坡。5～8號(hào)為15°坡，布設(shè)的植被與10°形成對(duì)照，順序?yàn)槁闫?、大豆、花生、地瓜。每個(gè)裸坡做一次重復(fù)。將產(chǎn)沙情況進(jìn)行記錄，沖刷結(jié)束以后，把集流桶中的泥沙樣封蓋，靜置24h，讓泥沙沉淀，并防止水分蒸發(fā)，24h后把集流桶內(nèi)澄清的水倒進(jìn)容器，然后用量桶測(cè)出水的體積并做好記錄，同時(shí)，準(zhǔn)備鋁盒，稱重后與各個(gè)樣品對(duì)應(yīng)，之后將把集流桶下部沉淀下來(lái)的泥沙倒入干凈的鋁盒(用水將采樣瓶中的泥沙沖洗干凈)，該鋁盒中的水沙即為泥沙樣。將渾水泥沙樣放入烘箱，調(diào)至105°C，烘干8h(泥沙完全干燥時(shí)方可)，關(guān)閉烘箱電源，冷卻30min后，稱重并做好記錄，最后將實(shí)驗(yàn)中用的采樣瓶和鋁盒清洗干凈備用。

1.3 數(shù)據(jù)分析

本試驗(yàn)采用Excel 2007整理數(shù)據(jù)和繪制圖表。其中，4個(gè)計(jì)算不同農(nóng)作物處理下的減沙量的參數(shù)為減沙效益(SRB，%)，計(jì)算公式如下：

SRB=(Sb-Sv)/Sb×100%

(1)

式中，Sb和Sv—裸地土壤和植被土壤的產(chǎn)沙量，g。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同坡度對(duì)坡耕地產(chǎn)沙的影響

不同農(nóng)作物在10°和15°坡的產(chǎn)沙量，如圖1所示。

圖1 不同農(nóng)作物在10°和15°坡的產(chǎn)沙量對(duì)比圖

已有研究表明：坡度與水土流失量呈正相關(guān)關(guān)系，隨著坡度增大，流速大，沖力強(qiáng)，雨滴濺起的泥漿容易被帶走，徑流含沙量多，徑流量和沖刷量相應(yīng)增加[1]。

2.2 不同坡度對(duì)坡耕地產(chǎn)沙的影響

從圖1可以看出，各個(gè)處理隨著坡度的增加，坡耕地的產(chǎn)沙量顯著增加，增加的順序?yàn)椋夯ㄉ?大豆<地瓜<裸地。這可能是因?yàn)橥队懊娣e一定的情況下，隨著坡度的增大，單位面積徑流量及沖刷量相應(yīng)變小有關(guān)。

2.3 不同農(nóng)作物對(duì)坡耕地產(chǎn)沙的影響

從圖1可以看出，當(dāng)坡度為10°時(shí)，與裸地相比，坡耕地農(nóng)作物產(chǎn)沙量呈下降趨勢(shì)，下降的順序?yàn)槁愕?大豆>花生>地瓜，下降的比例分別為50.7%、35.8%和19.6%，表明大豆對(duì)10°坡耕地的減沙作用明顯，花生次之，地瓜最差。當(dāng)坡度為15°時(shí)，與裸地相比，坡耕地農(nóng)作物產(chǎn)沙量呈下降趨勢(shì)，下降的順序?yàn)槁愕?花生>大豆>地瓜，下降的比例分別為55.9%、50.2%和36.3%，表明花生對(duì)15°坡耕地的減沙作用明顯，大豆次之，地瓜最差。綜合以上分析可知，地瓜在不同坡度下的減沙作用最差，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的可能是因?yàn)檗r(nóng)作物的冠層和殘茬通過(guò)吸收降雨動(dòng)能，阻止了土壤顆粒分散和移動(dòng)，避免土壤結(jié)皮的產(chǎn)生，增加土壤的粗糙度，從而改善土壤的入滲性能造成的[2]。

2.4 不同作物對(duì)坡耕地減沙效益的影響

為了進(jìn)一步研究不同作物對(duì)坡耕地減沙效益的影響，分析了大豆、花生、地瓜6個(gè)徑流小區(qū)的減沙效益，見(jiàn)表1。

表1不同農(nóng)作物在10°和15°坡減沙效益單位：%

從表1可以看出，當(dāng)坡度為15°的坡耕地，坡耕地的減沙效益由50.64%降低到19.53%，且表現(xiàn)為種植大豆的坡耕地減沙效益最大，花生的減沙效益略小，地瓜的減沙效益最小，這一變化規(guī)律與10°坡不同作物的產(chǎn)沙量的研究結(jié)果是一致的。當(dāng)坡度為10°的坡耕地，坡耕地的減沙效益由50.21%降低到36.31%，種植花生的坡耕地減沙效益最大，大豆的減沙效益略小，地瓜的減沙效益最小，這一變化規(guī)律與15°坡不同作物的產(chǎn)沙量的研究結(jié)果是一致的。綜合以上分析，不同農(nóng)作物在不同坡度下對(duì)坡耕地具有不同程度的減沙效果，且大豆的減沙效果較大。

不同作物覆蓋度對(duì)15°坡耕地產(chǎn)沙作用的影響，如圖2所示，隨著覆蓋度的增加，不同作物的產(chǎn)沙率降低，這可能是因?yàn)橹脖粚?duì)降雨的截留作用使降雨侵蝕力在達(dá)到地面時(shí)大大減小，或者植被地上部分加大了地面粗糙率，減緩了徑流，減小了徑流的流速，減弱了徑流的沖刷；同時(shí)地下發(fā)達(dá)的根系組成網(wǎng)狀，疏松了土壤、增加了土壤空隙從而增加了入滲，使徑流量和侵蝕量大大的減少。不同作物的徑流小區(qū)在相同覆蓋度下，坡耕地的產(chǎn)沙率具有明顯差異，但覆蓋率達(dá)到75%時(shí)，不同作物的產(chǎn)沙率都降低到一個(gè)相同的水平上，這表明土壤覆蓋度可能與產(chǎn)沙率存在某種關(guān)系。

圖2 不同覆蓋度下與不同作物的產(chǎn)沙率之間的關(guān)系

2.5 不同沖刷流量對(duì)15°坡耕地產(chǎn)流量產(chǎn)沙量增減效益的影響

為了進(jìn)一步研究不同作物對(duì)坡耕地減沙效益的影響，采用3、6、9、12L/min四個(gè)流量進(jìn)行徑流沖刷實(shí)驗(yàn)，不同作物的減沙效益見(jiàn)表2。

表2 不同沖刷流量條件下種植大豆作物坡耕地的產(chǎn)流量產(chǎn)沙量增減效益

從表2可以看出，在15°坡上種植大豆后，坡耕地的產(chǎn)沙量隨著沖刷流量的增加而增加，與12L/min的沖刷量產(chǎn)生的坡耕地產(chǎn)沙量相比，其它各沖刷量的坡耕地呈現(xiàn)減沙作用，且減沙作用表現(xiàn)為：3L/min>6L/min>9L/min，坡耕地的減沙效益由38.6%升高到97.9%。這說(shuō)明不同沖刷流量對(duì)大豆作物具有明顯的減沙作用，且3L/min的減沙效益最大，9L/min最小。

采用3、6、9、12L/min四個(gè)流量對(duì)種植花生的徑流小區(qū)進(jìn)行徑流沖刷實(shí)驗(yàn)，種植花生的坡耕地減沙效益見(jiàn)表3。

表3 不同流量條件下15°花生作物種植坡面產(chǎn)流量產(chǎn)沙量增減效益

從表3可以看出，在15°坡上種植花生后，坡耕地的產(chǎn)沙量隨著沖刷流量的增加而增加，與12L/min的沖刷量產(chǎn)生的坡耕地產(chǎn)沙量相比，其它各沖刷量的坡耕地呈現(xiàn)減沙作用，且減沙作用表現(xiàn)為：3L/min>6L/min>9L/min，坡耕地的減沙效益由38.6%升高到97.2%。這說(shuō)明不同沖刷流量對(duì)花生作物具有明顯的減沙作用，且3L/min的減沙效益最大，9L/min最小。

采用3、6、9、12L/min四個(gè)流量對(duì)種植花生的徑流小區(qū)進(jìn)行徑流沖刷實(shí)驗(yàn)，種植花生的坡耕地減沙效益見(jiàn)表4。

表4 不同流量條件下15°地瓜作物種植坡面產(chǎn)流量產(chǎn)沙量增減效益

從表4可以看出，在15°坡上種植地瓜后，坡耕地的產(chǎn)沙量隨著沖刷流量的增加而增加，與12L/min的沖刷量產(chǎn)生的坡耕地產(chǎn)沙量相比，其它各沖刷量的坡耕地呈現(xiàn)減沙作用，且減沙作用表現(xiàn)為：3L/min>6L/min>9L/min，坡耕地的減沙效益由45.3%升高到97.8%。這說(shuō)明不同沖刷流量對(duì)地瓜作物具有明顯的減沙作用，且3L/min的減沙效益最大，9L/min最小。

3 結(jié)語(yǔ)

(1)各個(gè)處理隨著坡度的增加，坡耕地的產(chǎn)沙量顯著增加，增加的順序?yàn)椋夯ㄉ?大豆<地瓜<裸地。坡耕地農(nóng)作物產(chǎn)沙量呈下降趨勢(shì)，下降的順序?yàn)槁愕?大豆>花生>地瓜；坡耕地農(nóng)作物產(chǎn)沙量呈下降趨勢(shì)，下降的順序?yàn)槁愕?花生>大豆>地瓜。綜合以上分析可知，地瓜在不同坡度下的減沙作用最差。

(2)隨著覆蓋度的增加，不同作物的產(chǎn)沙率降低；不同作物的徑流小區(qū)在相同覆蓋度下，坡耕地的產(chǎn)沙率具有明顯差異，但覆蓋率達(dá)到75%時(shí)，不同作物的產(chǎn)沙率都降低到一個(gè)相同的水平上；不同沖刷流量對(duì)農(nóng)作物具有明顯的減沙作用，且3L/min的減沙效益最大，9L/min最小。

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